Иит туралы жалпы мәліметтер

Өлшеу түрлері мен әдістерін жіктеу

Өлшеу – бұл арнайы техникалық құралдардың көмегімен тәжірибелі жолмен физикалық шамалардың мәндерін табу.

Физикалық шамалардың мәндері – бұл физикалық объектінің немесе физикалық жүйелер қасиеттерінің сандық сипаттамасы, олардың жағдайы және ондағы өтетін процестердің жағдайы.

Өлшеу —көп операциялы рәсім, оны орындау үшін негізгі өлшеу операциялары: жаңғырту, салыстыру, өлшеуіштік түрлендіру, масштабтау сияқты операцияларды жүзеге асыру қажет.

Өлшеу жалпы қабылданған бірліктерде орындалуы тиіс. Қазіргі кезде бірліктердің барынша таралған жүйесі SI жүйесі болып табылады. Негізгі SI жүйе ретінде 7 бірлік пайдаланылады, солар арқылы барлық қалған жүйелер белгіленеді, оларды туынды жүйелер деп атайды. ӨЖ-де ең негізгісі келесі физикалық шамалардың бірліктері таңдап алынған: масса - килограмм (кг); ұзындығы - метр (м); уақыт - секунд (с); ток күші - ампер (А); термодинамикалық температура - Кельвин (К); жарық күштері - кандела (кд); заттар саны (моль).

Электрлік өлшеу өте әр түрлі және бұл өлшенетін физикалық шамалардың жиынымен, олардың уақыт бойынша әр түрлі пайда болу сипатымен, өлшеу дәлдігіне қойылатын әр түрлі талаптармен, нәтижені алудың әр түрлі тәсілдерімен және т.б. байланысты.

Өлшеу жіктеледі:

- ФШ сандық мәндерді табу тәсілі, тікелей, жанама, жиынтықты;

- ФШ уақыт бойынша өзгеретін өлшем бойынша, статистикалық, динамикалық;

- өлшеу нәтижелерін беру сипаты бойынша, абсолюттік, салыстырмалы;

- нәтижелердің дәлдігін анықтайтын шарт бойынша, бақылау-тексеру, техникалық.

Өлшеу әдісі СИ құрылғыларымен байланысты. Тікелей бағалау және өлшеммен салыстыру әдістері ерекшеленеді.

Өлшеу қателіктерін жіктеу

Өлшеу рәсімі келесі кезеңдерден тұрады: өлшеу объектісінің модельдерін қабылдау, өлшеу әдісін таңдау, өлшеу құралдарын таңдау, нәтижелерді алу үшін сынақ жүргізу. Қалған барлық құрамдастар өлшеу нәтижесі өлшеу қателігі деп аталатын кейбір шамалардан өлшенетін шаманың шынайы мәндерінен ерекшеленеді. Өлшеуді, егер өлшенетін шама анықталған болса және оның шынайы мәндерден ауытқудың мүмкін дәрежесі көрсетілген болса, аяқталған деп санауға болады.

Қателіктердің пайда болу себептері аса көп санды, сондықтан қателіктерді жіктеу, яғни барлық басқа жіктеулер сияқты, жеткілікті шартты сипатта болады.

Өлшеу құралдарының қателігі және осы өлшеу құралдарымен өлшеу нәтижелерінің қателігін ажырату керек. Өлшеу қателіктері пайдаланылатын өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамасына, таңдалған өлшеу әдісінің жетілдіруіне, сыртқы жағдайға, сондай ақ өлшеу объектісіне және өлшенетін шамаларға байланысты. Өлшеу қателіктері әдетте пайдаланылатын өлшеу құралдарының қателіктерінен асып түседі, бірқатар қтеліктерді жоюдың арнайы әдістерін және көп реттік бақылау деректерін статистикалық өңдеуді пайдалана отырып, кейбір жағдайда өлшеу қателігін пайдаланылатын ӨЖ қателіктерінен аз алуға болады.

Өлшеу нәтижесінің қателігі – өлшенетін шаманың шынайы мәндерінен өлшеу нәтижесі.

- сандық өрнек тәсілі бойынша: абсолюттік, салыстырмалы

- уақыт өзгерістеріне байланысты: статистикалық, динамикалық

- өзгеріс сипаты бойынша: жүйелік, кездейсоқ

- пайда болу жағдайына байланысты: негізгі, қосымша

Өлшеу құралдарын жіктеу және сипаттамасы

Өлшеу құралдарын жіктеу

Өлшеу құралы (ӨҚ) – өлшеулерді орындауға арналған және нормаланған метрологиялық сипаттамасы бар техникалық құрал.

Өлшеу құралдарын тағайындау бойынша өлшемдерге, өлшеу түрлендіргіштеріне, өлшеу аспаптарына, өлшеу қондырғыларына және өлшеу жүйесіне деп бөлінеді.

Өлшеу деп берілген шамадағы ФШ туындатуға арналған өлшемді атайды. Бір мағыналы өлшем, көп мағыналы өлшем және өлшемдер жинағы деп ажыратады.

Өлшеу аспаптары деп байланыс арналары бойынша ақпараттарды беру үшін қолайлы пішіндегі, әрі қарай түрлендіру, сақтау мен өңдеу, оператордың тікелей бақылауымен берілмейтін өлшеу ақпараттарының сигналдарын өңдеуге арналған өлшеу құралдарын атайды.

Өлшеу аспаптары (ӨА) әр түрлі белгілері бойынша жіктелуі мүмкін. Мысалы, аналогтық деп бөлінеді, олардың көрсеткіштері өлшенетін шамаға байланысты үздіксіз функция болып табылады. Сандық ӨА өлшеу ақпараттарының квантталған (дискреттік) сигналдарын өңдейді және көрсеткіштерді сандық түрде береді.

ӨА көрсетілетін және реттелетін деп бөлінеді, яғни біріншісінде оператор тек ағымдағы өлшеу ақпараттарын санауға ғана рұқсат етеді, ал екіншісінде қандай да бір тасығышта (қағаз, магнитті диск және т.б.) көрсеткіштер хронологиясы сақталады.

Өлшегіш түрлендіргіштер деп байланыс арналары бойынша ақпараттарды беру үшін қолайлы пішіндегі, әрі қарай түрлендіру, сақтау мен өңдеу, оператордың тікелей бақылауымен берілмейтін өлшеу ақпараттарының сигналдарын өңдеуге арналған өлшеу құралдарын атайды.

Өлшеу қондырғылары деп функционалды біріктірілген ӨЖ жиынтығын атайды. Өлшеу қондырғысы оператордың тікелей қабылдауы үшін қолайлы пішінде және жинақы орналасқан өлшеу ақпараттарының сигналдарын өңдеуге арналған. Өлшеу қондырғыларының мысалдары ретінде ғылымда және өндірісте кеңінен пайдаланылатын әр түрлі тектегі сынақ стенділері қызмет етуі мүмкін.

Өлшеу жүйелері байланыс арналары бойынша өзара қосылған ӨЖ мен қосалқы құрылғылардың жиынтығын білдіреді.

Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамасы

Метрологиялық сипаттамалар – өлшеу нәтижелері мен қателіктеріне әсер ететін өлшеу құралдары қасиеттерінің сипаттамасы.

Негізгі технологиялық жабдықтардың сапасы – өлшеу құралдары – оның метрологиялық сипаттамасымен, олардың уақыт бойынша сақталуымен, ішкі әсер етуші факторлардың әрекетінен байланысты тәуелсіздікпен анықталады.

Метрологиялық сипаттамаларға қателік, сезгіштік, тұтынатын қуат, жылдам әрекет ету, өлшеу диапазоны, көрсеткіштерді орнату уақыты жатады. Олар дайындау кезінде қаншалықты дәл ұсталып тұруына байланысты пайдалану кезінде соншалықты тұрақты болады, ӨҚ көмегімен алынған нәтижелер дәлдігіне байланысты.

ӨҚ сезгіштігі – кіру сигналының өзгерісіне аспаптың әсер ету қабілетін сипаттайды

Тұтынатын қуат – бұл өлшеу жүзеге асырылатын өлшеу тізбегінде оны қосқан кезде ӨҚ тұтынатын қуаты

Жылдам әрекет ету – бір өлшеуге жұмсалатын уақыт

Өлшеу диапазоны – оөлшенетін диапазонның жоғарғы және төменгі шегі арасындағы мәндер аймағы.

Көрсеткіштерді белгілеу уақыты – өлшенетін шаманың өзгеру сәтінен аспап көрсеткіштерін белгілеу сәтіне дейінгі уақыт аралығы

Физикалық шамалардың өлшеу түрлендіргіштері

Өлшеу түрлендіргіші (ИПр) кез келген ФШ (электрлік, электрлік емес, магниттік) шығу электрлік сигналына У=f(х) түрлендіреді.

ИПр оларды тағайындауға байланысты бастапқы (датчиктер), аралық (ток трансформаторы), берілетін (қашықтан), масштабтаушы (өлшеу күшейткіштері), үздіксіз шамаларды дискреттік шамаларға түрлендіргіштер және т.б.

Кіріс шамаларын түрлендіру сипатына байланысты: электрлікте электрлік, электрлікте электрлік емес, электрлікте электрлік емес, электрлікте магниттік.

Түрлендіретін шамалардың түрі бойынша: аналогтық, аналогтық-цифрлық және керісінше

Әрекет ету принципі бойынша: резистивтік, электрмагниттік, сыйымдылықты, пьезоэлектрлік, жылу және т.б.

Үлкен токтарды өлшеуге арналған шунттар токты кернеуге түрлендіреді.

Кернеу бөлгіштері белгілі бір санға кернеуді азайту үшін қолданылады

Өлшеу күшейткіштері әлсіз сигналдарды күшейтуге арналған.

Электрлік шамаларды өлшеу құралдары

Электрмеханикалық аспаптар

Электрлік шамаларды өлшеу үшін аналогтық электр механикалық аспаптар кеңінен қолданылады

Өлшеу объектісі барлық электрлік және магниттік шамалар болып табылады: I,U,P,R. Электрмеханикалық өлшеу аспаптары (ЭӨА) қарапайымдылығымен, арзандығымен, жоғары сенімділігімен, әр түрлі қолданумен, салыстырмалы жоғары дәлдікпен ерекшеленеді.

Кез келген ЭӨА бірқатар функционалдық түрлендіргіштерден тұрады, олардың әрқайсысы түрлендіргіштер тізбегінде өзінің элементарлық міндетін шешеді. Осылайша, тікелей түрлендірудегі қарапайым электр механикаьық өлшеу аспабы (вольтметр, амперметр) үш негізгі түрлендіргіштен тұрады: өлшеу тізбегі (ӨТ), өлшеу механизмі (ИМ) және санау құрылғысы (СҚ).

ӨТ өлшеу шамасын ӨМ тікелей әсер ететін түрлендіру үшін қызмет етеді. ӨМ электрмагниттік энергияны механикалық энергияға түрлендіреді, оның жылжымалы бөлігін салыстырмалы жылжымалы емеске ауытқу үшін қажет. СҚ ӨМ жылжымалы бөлігімен қатаң байланысқан көрсеткіштерден және қозғалмайтын шкаладан тұрады. Көрсеткіштер стрелкалы және жарық болады.

Түрлендіргіштері бар электрмеханикалық аспаптар

Магниттік электрлік аспаптардың жоғары сезгіштігі мен дәлдігі, энергияны меншікті аз тұтынуы және басқа да оң қасиеттері оларды басқа электр механикалық аспаптардан маңызды ерекшелейді. Айнымалы ток тізбегінде өлшеу үшін оларды пайдалану міндеті түрлендіргіштер көмегімен айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру арқылы шешілген. Пайдаланылатын түрлендіргіштерге сәйкес түзеткіш, термоэлектрлік, электрондық деп аталады.

Магниттік электрлік механизмдердің жұмысы жылжымалы бөліктің (ток рамкасының) орауышы бойынша өтетін тұрақты магнит ағынының өзара әрекеттесуіне негізделген. Бұл ретте пайда болған айналу моменті механизмнің жылжымалы бөлігін салыстырмалы жылжымайтын қып ауыстырады. Көрсетілген элементтердің қайсысы (тұрақты магнит немесе рамка) жылжымалы бөлік болып табылатындығына байланысты жылжымалы рамкасы және жылжымалы магниті бар механизмдер деп ажыратады.

Сыртқы магниті бар өлшеу механизмінің магниттік тізбегі күшті тұрақты магниттен, цилиндрлік беті бар полюстік ұштықтардан, цилиндрлік өзекшелерден және магнитті жұмсақ материалдан орындалған магнит өткізгіштен тұрады. Өзекше және полюсті ұштықтар арасындағы ауа саңылауында күшті, практикалық бірқалыпты радиальды магниттік өріс пайда болады.

Магниттік-электрлік механизмнің басқаларымен салыстырғанда артықшылықтары: жоғары сезгіштік; тұтыну қуатының шағын мәндері; қуатты тұрақты магниттің болуы арқылы сыртқы магниттік өрістерден жақсы бөгеуілден қорғау; түрлендіру функциясының сызықтығы болып табылады.

Магниттік-электрлік механизм кемшіліктері: конструкция күрделігі; жоғары құны; артық жүктемеге төменгі төзімділік болып табылады.

Сыртқы және ішкі магниттері бар магниттік-электрлік механизмдердің белгіленген артықшылықтары арқылы 0,1 дейін дәлдіктің дәл, сипатталатын класы болып табылады.

Магниттік-электрлік механизмдер -ден -ға дейін [A],[В] шегі бар тұрақты токтың амперметрінде және вольтметрінде, гальванометрде кеңінен пайдаланылады, олардың әр түрлі түрлендіргіштермен үйлесімінде айнымалы ток тізбегінде пайдалануға болады.

Айрықша дәл өлшеулер үшін магниттік-электрлік логометрлер пайдаланылады. Классикалық магниттік-электрлік механизмге қарағанда бұл жерде қарама қарсы әрекет ететін момент тудыратын шиыршық қажет емес. Бұл жерде өлшеу тогының моменті ұқсас магниттік-электрлік жүйе арқылы өлшенетін токтың бір бөлігін өткізу арқылы осыған ұқсас түрде теңгеріледі.

Электрмагниттік механизм артықшылықтары: сызықтық емес шкала; сыртқы магниттік өрістердің әсер ету мүмкіндігі; жоғары тұтынатын қуат.

Электрмагниттік механизм артықшылықтары: кез келген токты өлшеуге арналған жарамдылық; артық жүктемеге төзімділік; қарапайым конструкция және аз құны.

Электр магниттік жүйесі бар өлшеу аспаптары 1,0 дейінгі дәлдік класы бар айнымалы токтың амперметрі мен вольтметрін қалқанды орындау ретінде кеңінен таралды.